(57)【要約】点火電圧発生デバイス（ＩＧ）及び点火プラグ（６）間を電気的に接続する電気配線（８ｂ）を流れる電流により生じる電界が、マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関（５）に設けられた燃料噴射デバイス（７）から内燃機関（５）に燃料を噴射自在な駆動回路（４）と電気配線（８ｂ）との静電容量（Ｃｍ）を介して、駆動回路（４）にサージ電圧を誘起すると共に、かかるサージ電圧が駆動回路（４）の半導体パワーデバイスの所定のサージ耐量以下となるように、駆動回路（４）と電気配線（８ｂ）との間の最短距離（ｄ）が設定されている。
2011118445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、を備え、  前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、  前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、前記駆動回路にサージ電圧を誘起すると共に、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離が設定されたことを特徴とする駆動回路の配置構造。
【請求項２】
前記電気配線を流れる前記点火電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記点火電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、前記電気配線と前記駆動回路との間に空気があるとした場合の前記静電容量をＣｍ（Ｆ）、前記駆動回路の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び前記駆動回路に発生する前記サージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とした場合の以下の数式（数３）から求まる前記サージ電圧が、前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量を決定することにより、前記駆動回路と前記電気配線との間の前記最短距離が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【数３】
2011118445.tif 000005
【請求項３】
前記駆動回路は、前記内燃機関の上方に配置され、前記電気配線は、前記内燃機関の上部から延出することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項４】
前記電気配線は、金属芯線と前記金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項５】
前記駆動回路と、前記マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路の配置構造に関し、特に、内燃機関の燃料噴射用の駆動回路の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両に搭載される種々の電気部品に要求される機能は高度化しており、車載のマイクロコンピュータの制御の下で種々の駆動回路を用い、その動作の制御を精度よく行うようになってきている。【０００３】
かかる電気部品は、モータやアクチュエータ等のコイルを内蔵するインダクタンス負荷であることが多く、その駆動回路が動作して電気部品がターンオフする際に、駆動回路に対して逆起電力的なサージ電圧が印加される場合がある。このような駆動回路に対するサージ電圧は、高電圧であることが多いから、サージ電圧に対する駆動回路の破壊耐力を、より余裕を持たせた大きな値に設定する必要がある。【０００４】
特許文献１は、制御ＩＣ２２を備えた内燃機関用点火装置に関し、制御ＩＣ２２は、内部制御回路２３の他に、静電気や点火ノイズ等の高電圧サージから制御回路を保護する保護回路２５を有する構成を開示する。かかる保護回路２５は、ｐ−層２７上に積層されたｎ−層２６、ｎ−層に形成されたｐ＋ベース領域２９、ｐ＋ベース領域に形成されたｎ＋コレクタ領域３３等、及びｎ−層に形成されｐ＋ベース領域とオーバラップしたｎ＋エミッタ領域３７等で形成されたＮＰＮトランジスタ３０等を含む。【０００５】
特許文献２は、制御回路ＩＣ３を備えた内燃機関用点火装置に関し、制御回路ＩＣ３は、コレクタ端子が制御回路ＩＣ３における点火信号が入力される信号線に接続されると共に、エミッタ端子がＧＮＤに接続されたＮＰＮトランジスタ１３と、ＮＰＮトランジスタ１３におけるベース−エミッタ間に存在するコンデンサ１４と、ＮＰＮトランジスタ１３のコレクタ−エミッタ間に存在する寄生ダイオード１３ａと、を有する保護素子１０を備え、大型化を避けながら点火信号が入力される回路部を外来サージから保護する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３５９７９号公報
【特許文献２】特開２００６−４６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、かかる特許文献１及び特許文献２の構成では、保護回路２５や保護素子１０を設けて、制御ＩＣ２２や制御回路ＩＣ３をサージ電圧から保護するような高破壊耐量化された構成を採用しているが、実際に車両に実装すると、他の配線や電気部品から誘起されるサージ電圧が想定以上に大きいことがあり、更なる高破壊耐量化される構成を採用する必要が出てくる場合がある。【０００８】
このように高破壊耐量化された半導体回路を、更に高破壊耐量化していくことは、より特殊な構成の半導体回路を開発していくことになり、時間や費用対効果を考えると得策ではない。【０００９】
また、当初予定していなかったサージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用して、そのサージ電圧を低減することも、部品点数が増えて、やはり時間や費用対効果を考えると得策ではない。【００１０】
つまり、他の配線や電気部品から誘起されるサージ電圧が大きい場合に、半導体回路を更に高破壊耐量化したり、サージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を低減することのできる半導体回路に関する構造が待望された状況にある。【００１１】
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、半導体回路を更に高破壊耐量化したり、サージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を低減することのできる駆動回路等の半導体回路の配置構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、を備え、前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、前記駆動回路にサージ電圧を誘起すると共に、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離が設定されたことを特徴とする駆動回路の配置構造である。【００１３】
また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記電気配線を流れる前記点火電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記点火電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、前記電気配線と前記駆動回路との間に空気があるとした場合の前記静電容量をＣｍ（Ｆ）、前記駆動回路の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び前記駆動回路に発生する前記サージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とした場合の以下の数式（数１）から求まる前記サージ電圧が、前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量を決定することにより、前記駆動回路と前記電気配線との間の前記最短距離が設定されたことを第２の局面とする。
【数１】
2011118445.tif 000003
【００１４】
また本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記駆動回路は、前記内燃機関の上方に配置され、前記電気配線は、前記内燃機関の上部から延出することを第３の局面とする。【００１５】
また本発明は、かかる第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記電気配線は、金属芯線と前記金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有することを第４の局面とする。        【００１６】
また本発明は、かかる第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記駆動回路と、前記マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることを第５の局面とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の局面の駆動回路の配置構造によれば、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線を流れる電流により生じる電界が、駆動回路及び電気配線間の静電容量を介して、駆動回路にサージ電圧を誘起すると共に、かかるサージ電圧が駆動回路の半導体パワーデバイスの高耐量化された所定のサージ耐量以下となるように、駆動回路と電気配線との間の最短距離が設定されているため、更に高破壊耐量化したり、サージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を低減することができて、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。【００１８】
本発明の第２の局面の駆動回路の配置構造によれば、数式（数１）から求まるサージ電圧が、半導体パワーデバイスの所定のサージ耐量以下となるように、駆動回路と、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、の静電容量を決定することにより、駆動回路と電気配線との間の最短距離が設定されているため、統一的な指針により駆動回路を配置しながら、確実にサージ電圧を低減することができて、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。【００１９】
本発明の第３の局面の駆動回路の配置構造によれば、駆動回路が、内燃機関の上方に配置され、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線が、内燃機関の上部から延出して、駆動回路及び電気配線間が近接するような構成であっても、サージ電圧を確実に低減することができるため、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。【００２０】
本発明の第４の局面の駆動回路の配置構造によれば、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線が、金属芯線と金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有する簡便な構成であっても、サージ電圧を低減することができるため、特殊な遮蔽構造を有する電気配線を採用しなくとも、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。【００２１】
本発明の第５の局面の駆動回路の配置構造によれば、駆動回路と、マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることにより、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止しながら、装置構成の全体をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態における電子制御装置と内燃機関との接続構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における駆動回路が接続される内燃機関の要部側面図である。
【図３】本実施形態における電子制御装置のマイクロコンピュータの制御の下で、イグニッションコイルの２次コイルに発生する２次電圧を示す波形図である。
【図４】本実施形態における駆動回路とイグニッションコイル及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線との関係を示す等価回路の模式図である。
【図５】本実施形態における駆動回路とイグニッションコイル及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線との間の結合静電容量を示すグラフである。
【図６】本実施形態におけるマイクロコンピュータと駆動回路等とが同一パッケージ内に配置されて積層された構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態の駆動回路の配置構造につき、内燃機関の燃料噴射を制御する場合を例に挙げて、詳細に説明する。
【００２４】
まず、本実施形態における駆動回路周辺の構成について、図１及び図２を参照して、詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態における電子制御装置と内燃機関との接続構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施形態における駆動回路が接続される内燃機関の要部側面図である。
【００２６】
図１に示すように、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１は、マイクロコンピュータであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２と、ＣＰＵ２の制御の下で動作するトランジスタ等のスイッチング素子を内蔵する点火回路３と、ＣＰＵ２の制御の下で動作するトランジスタ等のスイッチング素子を内蔵する駆動回路４と、を備える。かかる電子制御装置１は、内燃機関５にそれぞれ設けられた点火プラグ６及び燃料噴射デバイス７に対して電気的に接続される。なお、ＣＰＵ２は、図示を省略する演算処理素子及び必要なメモリ素子を有して、内燃機関５全体の動作を制御する。
【００２７】
具体的には、電子制御装置１においては、点火回路３は、内燃機関５に設けられた点火プラグ６に対して電気配線８により電気的に接続されるものである。具体的には、点火回路３は、点火回路３のスイッチング動作により点火電圧である高電圧の２次電圧を発生するイグニッションコイルＩＧを介して、点火回路３及びイグニッションコイルＩＧ間が電気配線８ａにより電気的に接続され、並びにイグニッションコイルＩＧ及び点火プラグ６間が電気配線８ｂにより電気的に接続されて、点火プラグ６に電気的に接続されるものである。点火プラグ６は、イグニッションコイルＩＧで発生した２次電圧が印加されて、内燃機関５の図示を省略する燃焼室内の燃料及び空気の混合気に対して点火火花を印加する。なお、点火電圧を発生させる点火電圧発生デバイスとしては、イグニッションコイルに限定されるものではなく、内燃機関に別途設けられた発電機に電気的に接続されたキャパシタ等を用いることもできる。
【００２８】
また、電子制御装置１においては、駆動回路４は、内燃機関５に設けられた燃料噴射デバイス７に対して電気配線９により電気的に接続される。一方で、燃料噴射デバイス７に対しては、燃料ポンプ１０が、燃料配管１１を介して一定高圧の燃料を供給自在に接続されると共に、かかる燃料ポンプ１０は、電気配線１２及び駆動回路４を介してＣＰＵ２に電気的に接続される。燃料噴射デバイス７は、図示を省略するアクチュエータを内蔵し、駆動回路４のスイッチング動作によりアクチュエータを動作して、燃料噴射デバイス７の先端に設けられた図示を省略するノズルから、内燃機関５の燃焼室の近傍に、燃料ポンプ１０から供給される燃料を噴射する。なお、燃料噴射デバイス７は、内燃機関５の燃焼室内に直接燃料を噴射する構成をとってもよい。
【００２９】
ここで、点火回路３及び駆動回路４におけるスイッチング素子には、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＳＩＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ  ｍｏｄｅ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）等のいわゆるパワー半導体デバイスが用いられ、特に負荷がイグニッションコイルＩＧや燃料噴射デバイス７であることを考慮して、ターンオフ時の逆起電力に対して十分なサージ耐量を有するように高耐量化されている。かかる高耐量化の構成としては、限定的なものではないが、ツェナーダイオード等を付加したり、寄生ダイオードを低減するもの等が挙げられる。
【００３０】
なお、電子制御装置１においては、点火回路３や駆動回路４を制御するために、内燃機関５に設けられた種々のセンサ１３からの検出信号が入力する種々の入力回路１４が備えられるものであるが、図１中では、便宜上、各１個のセンサ１３及び入力回路１４を示している。
【００３１】
内燃機関５は、図２に示すように、図示を省略するクランクを収納するクランクケース２０と、図示を省略する燃焼室を有するシリンダ２１と、を備える。シリンダ２１は、クランクケース２０から上方に向かって、シリンダブロック２２、シリンダヘッド２３及びヘッドカバー２４を備えて、典型的には直立した態様で配置される。
【００３２】
シリンダブロック２２には、燃焼室が形成される。シリンダヘッド２３には、排気管２５に連結された排気通路２６及びスロットルボディ２７に連結された吸気通路２８が形成されると共にシリンダブロック２２の燃焼室を臨んで点火プラグ６が配設される。また、ヘッドカバー２４には、スロットルボディ２７の下部に支持されるイグニッションコイルＩＧと点火プラグ６との間を電気的に接続するいわゆるハイテンションコードである電気配線８ｂを挿通する挿通孔２９が形成される。なお、スロットルボディ２７には、連通管４０を介してエアクリーナ４１が連結されている。
【００３３】
ヘッドカバー２４の上方には、燃料タンク３０が配設され、燃料タンク３０は、その内部に収容する燃料に連通した燃料ポンプ１０を支持する。また、燃料ポンプ１０は、燃料配管１１を介して、スロットルボディ２７に設けられた燃料噴射デバイス７に燃料を一定高圧で供給自在である。なお、かかる燃料配管１１に沿って、駆動回路４と燃料噴射デバイス７とを電気的に接続する電気配線９が配策されているが、図２中では、便宜上、かかる電気配線９は、図示を省略する。
【００３４】
また、ＣＰＵ２、点火回路３、駆動回路４及び入力回路１４を備えた電子制御装置１、並びに内燃機関５及び燃料タンク３０は、車両の骨格部材であるフレーム５０に支持される。ここで、特に、自動二輪車等の車両においては、駆動回路４等が、設計レイアウト上、内燃機関５のシリンダヘッド２３の上方で燃料タンク３０の周辺の狭いスペースに配設されざるを得ない場合があり、かかる場合には、シリンダヘッド２３の挿通孔２９から上方に延出して、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６との間を電気的に接続する電気配線８ｂが、駆動回路４に近接して配策される事態も生じる。なお、図２中では、便宜上、ＣＰＵ２、点火回路３及び入力回路１４は、図示を省略する。
【００３５】
以上の構成を備えた内燃機関５おける燃焼動作について、以下、詳細に説明する。
【００３６】
燃料及び空気の混合気の供給に関しては、ＣＰＵ２の制御の下で、燃料ポンプ１０から燃料配管１１を介して一定高圧の燃料が燃料噴射デバイス７に供給される一方で、駆動回路４がスイッチング動作することにより、電気配線９を介して駆動回路４と電気的に接続された燃料噴射デバイス７のアクチュエータが作動されて、燃料が、燃料噴射デバイス７の先端に形成されたノズルからスロットルボディ２７の内部に所定の時間間隔で噴射される。そして、このように噴出された燃料は、連通管４０から導入される空気と混合されて吸気通路２８を介しシリンダブロック２２に形成された燃焼室に供給される。
【００３７】
一方で、かかる混合気への点火に関しては、ＣＰＵ２の制御の下で、点火回路３がスイッチング動作することにより、イグニッションコイルＩＧが点火電圧である高電圧の２次電圧を発生し、かかる２次電圧が、イグニッションコイルＩＧ及び点火プラグ６間を電気的に接続する電気配線８ｂを介して、シリンダブロック２２の燃焼室に臨んで配設された点火プラグ６に印加される。そして、このように２次電圧が印加された点火プラグ６が、シリンダブロック２２の燃焼室内に存在する燃料及び空気の混合気に対して点火火花を印加する。
【００３８】
そして、このように点火プラグ６から点火火花を印加されたシリンダブロック２２の燃焼室内の燃料及び空気の混合気は燃焼して内燃機関５は動作し、燃焼後の排気ガスは、排気通路２６及び排気管２５を順に介して外部に排出される。
【００３９】
さて、ここで以上のような内燃機関５の一連の動作を所定時間にわたって繰り返すと、内燃機関５の出力が所望するものから変動する等の車両の運転感覚に違和感が発生する場合が生じた。
【００４０】
以下、かかる車両の運転感覚に違和感が発生する現象につき、より詳細に検討を加えていく。
【００４１】
図３は、本実施形態における電子制御装置のマイクロコンピュータの制御の下で、イグニッションコイルの２次コイルに発生する２次電圧を示す波形図であり、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧Ｖを示す。図４は、本実施形態における駆動回路とイグニッションコイル及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線との関係を示す等価回路の模式図である。また、図５は、本実施形態における駆動回路とイグニッションコイル及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線との間の結合静電容量を示すグラフである。なお、図５において、横軸は、イグニッションコイルと点火プラグとを電気的に接続する電気配線の金属内芯の直径をａとし、かかる電気配線の外皮表面と駆動回路との距離（最短距離）をｄとしたときに、ｄ／ａで示され、縦軸は、電気配線の外皮と駆動回路との間に空気があるとした場合の静電容量Ｃｍで示される。
【００４２】
まず、図３に示すように、ＣＰＵ２の制御の下で、点火回路３がスイッチング動作することにより、イグニッションコイルＩＧが発生する２次電圧については、車両の運転感覚に違和感が発生する場合であっても、時刻Ｔ１で所定の高電圧まで達してその後減衰しており正常であった。
【００４３】
また、ＣＰＵ２の制御の下で、燃料ポンプ１０が燃料配管１１を介して燃料噴射デバイス７に供給される燃料も、車両の運転感覚に違和感が発生する場合であっても、所定の一定高圧になっており正常であった。
【００４４】
しかしながら、ＣＰＵ２の制御の下で、駆動回路４と電気配線９を介して電気的に接続された燃料噴射デバイス７のアクチュエータの動作は、不安定になる傾向が見られ、これにより、内燃機関５の出力が所望するものから変動する等の車両の運転感覚に違和感が発生する場合が生じたものと考えられる。
【００４５】
そこで、更に、燃料噴射デバイス７のアクチュエータの動作が不安定になった原因につき検討すると、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とを電気的に接続する電気配線８ｂを、燃料噴射デバイス７に電気配線９を介して電気的に接続する駆動回路４に接触させると、燃料噴射デバイス７のアクチュエータの動作のみならず駆動回路４のスイッチング動作も停止する現象が見られる一方で、電気配線８ｂを駆動回路４から５ｃｍ程度離間させると、燃料噴射デバイス７のアクチュエータや駆動回路４の動作は停止せず正常のままであった。
【００４６】
特に、車両が自動二輪車である場合には、駆動回路４は、電子制御装置１内で、ＣＰＵ２、内燃機関５及び燃料タンク３０等と共に、限られたスペースでフレーム５０に支持される一方で、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とを電気的に接続する電気配線８ｂは、フレーム５０の直下に位置する直立したシリンダ２１のヘッドカバー２４に挿通されて配策されるため、電気配線８ｂと駆動回路４との距離が近接しやすく、このように電気配線８ｂが駆動回路４に不要に接近した結果、車両の運転感覚に違和感が発生する事象が発生するとも考えられる。
【００４７】
具体的に、電気配線８ｂを駆動回路４に接触させて、動作が停止した燃料噴射デバイス７や駆動回路４の状態を調べると、燃料噴射デバイス７には特に異常は見られず単体での動作は正常であったが、駆動回路４のスイッチング素子には異常が見られ単体で正常に動作しなかった。なお、この際には、燃料噴射デバイス７に連絡する燃料ポンプ１０単体にも、異常は見られなかった。
【００４８】
ということは、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とを電気的に接続する電気配線８ｂと、燃料噴射デバイス７に電気配線９を介して電気的に接続する駆動回路４と、の距離（最短距離）が典型的には５ｃｍを切るような近接させた状態にすると、電気配線８ｂを流れる高電圧の２次電圧に起因する電界が、高耐力化が図られている駆動回路４のスイッチング素子にその耐量を超えるサージ電圧を発生させ、スイッチング素子の動作を不安定にしたり、極端な場合にはスイッチング素子を破損させたものと考えられる。
【００４９】
そこで、更に、図４に示す等価回路に基づき、かかる電気配線８ｂと駆動回路４との関係につき検討する。
【００５０】
具体的には、電気配線８ｂは、銅線等の金属内芯８ｃを有すると共に、その外層は樹脂等の電気的に絶縁体である外皮８ｄで被覆されて、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とを電気的に接続している。
【００５１】
かかる電気配線８ｂと駆動回路４との間には、他の構成部品がない限り、空気が存在するのであるが、このような空気のみが存在する領域で、電気配線８ｂと駆動回路４とが不要に近接すると、電気配線８ｂの金属内芯８ｃを流れる高電圧の２次電圧に起因する電界が、電気配線８ｂの外皮８ｄを超えて駆動回路４のスイッチング素子に印加され、サージ電圧が誘起されることになる。
【００５２】
つまり、かかるサージ電圧は、電気配線８ｂの金属内芯８ｃを流れる高電圧の２次電圧に起因する電界によるものである一方で、駆動回路４が高耐量化されているとはいえその耐量には自ずと限界があるから、サージ電圧の大きさがその耐量を超えると駆動回路４のスイッチング素子に影響が出ることになる。
【００５３】
かかるサージ電圧を低減するには、電気配線８ｂの外皮８ｄに金属線等を混在させて、電気配線８ｂを流れる高電圧の２次電圧により発生する電界を遮蔽して外部に漏れ出ないようにすることも可能ではあるが、そうすると電気配線８ｂの構成が複雑化して重量やコストを増加する要因となる。かかる観点からは、電気配線８ｂにおいては、このような複雑な構造を採用することなく、銅線等の金属内芯８ｃを有し、その外層は金属線等を混在させない樹脂等の単層の外皮８ｄで被覆された簡便な構成を維持した方が好ましい。
【００５４】
そうすると、電気配線８ｂを流れる高電圧の２次電圧に起因する電界は、電気配線８ｂの金属内芯８ｃと駆動回路４との間の空気部分を伝搬するのであるから、かかる電気配線８ｂと駆動回路４との間の空気部分による静電容量を積極的に活用して、電界によるサージ電圧を吸収させる構成を採用することが妥当であると考えられる。
【００５５】
ここで、電気配線８ｂの金属内芯８ｃを流れる２次電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、電気配線８ｂの金属内芯８ｃを流れる２次電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、電気配線８ｂの外皮８ｄと駆動回路４との間に空気があるとした場合の静電容量をＣｍ（Ｆ）、駆動回路４の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び駆動回路４に発生するサージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とすると、サージ電圧Ｖｎｉは、以下の数式（数２）で表すことができる。
【数２】
2011118445.tif 000004
【００５６】
例えば、数式（数２）を用いて、２次電圧の周波数ｆ及び最大電圧Ｖｎｇを図３のような特性図から読み取ってそれぞれ２５ｘ１０７（Ｈｚ）及び２ｘ１０４（Ｖ）とし、更に駆動回路４の入力インピーダンスＺｉを実測して１２７４（Ω）、電気配線８ｂと駆動回路４との間に空気があるとした場合の静電容量Ｃｍを２．１ｘ１０１３（Ｆ）として、駆動回路４に発生するサージ電圧Ｖｎｉを求めると、その値は４２（Ｖ）となり、駆動回路４の耐圧である６０（Ｖ）を下回る結果となった。
【００５７】
この際、電気配線８ｂの外皮８ｄと電気配線９との間に空気があるとした場合の静電容量Ｃｍは、図５に示すグラフから求めることができ、この際の電気配線８ｂの金属内芯８ｃの直径ａを１（ｍｍ）とし、電気配線８ｂの外皮８ｄを含む直径を７（ｍｍ）とすると、電気配線８ｂの外皮８ｄ表面と駆動回路４との距離ｄは、５（ｃｍ）である。このことは、実車で、電気配線８ｂを駆動回路４から５ｃｍ程度離間させると、燃料噴射デバイス７のアクチュエータや駆動回路４の動作は停止せず正常に維持されて、車両の運転感覚に違和感が生じないことによく対応している。
【００５８】
よって、数式（数２）を用いて、駆動回路４に発生するサージ電圧Ｖｎｉが駆動回路４の耐圧以下となるように、電気配線８ｂの外皮８ｄと電気配線９との間に空気があるとした場合の静電容量Ｃｍを決定し、更にかかる静電容量Ｃｍに基づいて、電気配線８ｂの外皮８ｄ表面と駆動回路４との距離ｄを求めれば、電気配線８ｂの外皮８ｄ表面と駆動回路４との間の許容される最短距離ｄが決定でき、イグニッションコイルと点火プラグ６とを電気的に接続する電気配線８ｂに対して、駆動回路４を配置可能な配置位置が決定できることになる。
【００５９】
ここで、駆動回路４は、電子制御装置１内で、ＣＰＵ２、内燃機関５及び燃料タンク３０等と共に、限られたスペースでフレーム５０に支持されており、かつ、電気配線８ｂは、イグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とを電気的に接続するように、フレーム５０の直下に位置する直立したシリンダ２１のヘッドカバー２４の挿通孔２９に挿通されて配策されるものであるため、駆動回路４の配設自由度、電気配線８ｂの両端の配設自由度、及び電気配線８ｂのヘッドカバー２４内における配策自由度は、いずれも限定的である。そこで、かかる最短距離ｄを実現するには、駆動回路４とヘッドカバー２４との間の領域において、ヘッドカバー２４の挿通孔２９から上方に突出する電気配線８ｂの部分をヘッドカバー２４の上部に近接させることが必要となる。つまり、その両端がイグニッションコイルＩＧと点火プラグ６とで規定される電気配線８ｂの全長を、ヘッドカバー２４の挿通孔２９から上方に突出する電気配線８ｂの部分をヘッドカバー２４の上部に近接させるように所要の長さに設定することが、簡便かつ確実な構成として好ましい。なお、かかる電気配線８ｂの部分をヘッドカバー２４の上部に確実に近接させには、構成は煩雑になるが、図示を省略する保持部材で電気配線８ｂを保持してもよい。また、より積極的にヘッドカバー２４の上部に凹部を設け、かかる凹部に電気配線８ｂを収容しながら配策して、電気配線８ｂと駆動回路４との最短距離ｄを確実に確保してもよい。
【００６０】
さて、以上の構成において、点火回路３、駆動回路４及び入力回路１４とＣＰＵ２との実装構成につき、更に図６をも参照して、詳細に説明する。
【００６１】
図６は、本実施形態におけるマイクロコンピュータと駆動回路等とが同一パッケージ内に配置されて積層された構成を示す断面図である。
【００６２】
図６に示すように、点火プラグ６に対して電気配線８により電気的に接続される点火回路３、燃料噴射デバイス７に対して電気配線９により電気的に接続される駆動回路４及び種々のセンサ１３からの検出信号が入力する種々の入力回路１４と、ＣＰＵ２と、は、同一の筐体等のパッケージＰＫ内に封止されて一体化された構成を有し、所望の支持体ＳＢに載置されて車両等に固定される。かかるパッケージＰＫは、例えば樹脂封止体であり、トランスファーモールド法等により成形される。このような構成によれば、点火回路３、駆動回路４及び入力回路１４とＣＰＵ２とを含むドライバ装置の構成をコンパクト化することができる。
【００６３】
また、このように駆動回路４等とＣＰＵ２とがパッケージＰＫ内に封止されて一体化された構成を有する場合において、電気配線８ｂの外皮８ｄ表面と駆動回路４との間の距離ｄを規定するには、駆動回路４がパッケージＰＫ内に隠れて観察できないので、便宜上、電気配線８ｂの外皮８ｄ表面と、駆動回路４等とＣＰＵ２とが封止されたパッケージＰＫと、の間の距離を用いて、かかる距離ｄとしてもかまわない。
【００６４】
なお、本実施形態においては、イグニッションコイルと点火プラグ６とを電気的に接続する電気配線８ｂが発生する電界から影響を受ける電気回路として、内燃機関５に設けられた燃料噴射デバイス７に対して電気配線９により電気的に接続された駆動回路４を例に挙げて説明したが、その他の半導体回路に対しても同様に空間静電容量を設定してその位置を決定できることはもちろんである。
【００６５】
以上の構成によれば、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線を流れる電流により生じる電界が、駆動回路及び電気配線間の静電容量を介して、駆動回路にサージ電圧を誘起すると共に、かかるサージ電圧が駆動回路の半導体パワーデバイスの高耐量化された所定のサージ耐量以下となるように、駆動回路と電気配線との間の最短距離が設定されているため、更に高破壊耐量化したり、サージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を低減することができて、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。
【００６６】
また、数式（数２）から求まるサージ電圧が、半導体パワーデバイスの所定のサージ耐量以下となるように、駆動回路と、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、の静電容量を決定することにより、駆動回路と電気配線との間の最短距離が設定されているため、統一的な指針により駆動回路を配置しながら、確実にサージ電圧を低減することができて、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。
【００６７】
また、駆動回路が、内燃機関の上方に配置され、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線が、内燃機関の上部から延出して、駆動回路とかかる電気配線とが近接するような構成であっても、サージ電圧を確実に低減することができるため、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。
【００６８】
また、点火電圧発生デバイス及び点火プラグ間を電気的に接続する電気配線が、金属芯線と金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有する簡便な構成であっても、サージ電圧を低減することができるため、特殊な遮蔽構造を有する電気配線を採用しなくとも、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止することができる。
【００６９】
また、駆動回路と、マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることにより、駆動回路が不要なサージ電圧に影響されることを確実に防止しながら、装置構成の全体をコンパクト化することができる。
【００７０】
なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明においては、半導体回路を更に高破壊耐量化したり、サージ電圧を誘起する他の電気部品等に付加的な構造を採用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を吸収することのできる駆動回路等の半導体回路の配置構造を提供することができ、その汎用普遍的な性格から車両等の電気部品の駆動装置に広範に適用され得るものと期待される。
【図１】
2011118445.tif 000006
【図２】
2011118445.tif 000007
【図３】
2011118445.tif 000008
【図４】
2011118445.tif 000009
【図５】
2011118445.tif 000010
【図６】
2011118445.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月24日(2012.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、
前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、
を備え、
前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、
前記駆動回路に対しては、前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、サージ電圧を誘起し、
前記駆動回路と前記電気配線とは、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量に基づいて、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように設定された前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離を有して、相対配置されたことを特徴とする駆動回路の配置構造。
【請求項２】
前記電気配線を流れる前記点火電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記点火電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、前記電気配線と前記駆動回路との間に空気があるとした場合の前記静電容量をＣｍ（Ｆ）、前記駆動回路の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び前記駆動回路に発生する前記サージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とした場合の以下の数式（数３）から求まる前記サージ電圧が、前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量を決定することにより、前記駆動回路と前記電気配線との間の前記最短距離が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【数３】
2011118445.tif 000012
【請求項３】
前記駆動回路は、前記内燃機関の上方に配置され、前記電気配線は、前記内燃機関の上部から延出することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項４】
前記電気配線は、金属芯線と前記金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項５】
前記駆動回路と、前記マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
用することなく、簡便な構成で確実にサージ電圧を低減することのできる駆動回路等の半導体回路の配置構造を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１２］
以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、を備え、前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、前記駆動回路に対しては、前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、サージ電圧を誘起し、前記駆動回路と前記電気配線とは、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量に基づいて、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように設定された前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離を有して、相対配置されたことを特徴とする駆動回路の配置構造である。
［００１３］
また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記電気配線を流れる前記点火電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記点火電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、前記電気配線と前記駆動回路との間に空気があるとした場合の前記静電容量をＣｍ（Ｆ）、前記駆動回路の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び前記駆動回路に発生する前記サージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とした場合の以下の数式（数１）から求まる前記サージ電圧が、前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量を決定することにより、前記駆動回路と前記電気配線との間の前記最短距離が設定されたことを第２の局面とする。
［数１］
2011118445.tif 000013
［００１４］
また本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記駆動回路は、前記内燃機関の上方に配置され、前記電気配線は、前記内燃機関の上部から延
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、
前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、
を備え、
前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、
前記駆動回路に対しては、前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、サージ電圧を誘起し、
前記駆動回路と前記電気配線とは、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量に基づいて、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように設定された前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離を有して、相対配置されたことを特徴とする駆動回路の配置構造。
【請求項２】
前記電気配線を流れる前記点火電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記点火電圧の最大電圧をＶｎｇ（Ｖ）、前記電気配線と前記駆動回路との間に空気があるとした場合の前記静電容量をＣｍ（Ｆ）、前記駆動回路の入力インピーダンスをＺｉ（Ω）、及び前記駆動回路に発生する前記サージ電圧をＶｎｉ（Ｖ）とした場合の以下の数式（数３）から求まる前記サージ電圧が、前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量を決定することにより、前記駆動回路と前記電気配線との間の前記最短距離が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
[数3]
2011118445.tif 000014
【請求項３】
前記駆動回路は、前記内燃機関の上方に配置され、前記電気配線は、前記内燃機関の上部から延出することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項４】
前記電気配線は、金属芯線と前記金属芯線の周りを樹脂で被覆した外皮とを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【請求項５】
前記駆動回路と、前記マイクロコンピュータと、が同一のパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路の配置構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、マイクロコンピュータの制御の下で内燃機関に設けられた燃料噴射デバイスから前記内燃機関に燃料を噴射自在な駆動回路と、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火電圧を印加自在な点火電圧発生デバイス及び前記点火プラグ間を電気的に接続する電気配線と、を備え、前記駆動回路は、所定のサージ耐量を呈するように高破壊耐量化された半導体パワーデバイスを有し、前記駆動回路に対しては、前記電気配線を流れる電流により生じる電界が、前記駆動回路及び前記電気配線間の静電容量を介して、サージ電圧を誘起し、前記駆動回路と前記電気配線とは、前記駆動回路及び前記電気配線間の前記静電容量に基づいて、前記サージ電圧が前記半導体パワーデバイスの前記所定のサージ耐量以下となるように設定された前記駆動回路と前記電気配線との間の最短距離を有して、相対配置されたことを特徴とする駆動回路の配置構造である。
【国際調査報告】
2011118445.tif 000015
2011118445.tif 000016
2011118445.tif 000017
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